JPS624515B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、竪孔掘削機の掘削荷重検出装置に係
り、更に詳しくは掘削孔上面を取囲んで地上に設
置されたベースフレームと、該ベースフレーム上
に配設された櫓と、昇降シリンダにより前記櫓に
沿つて昇降される昇降フレームと、該昇降フレー
ムまたは前記ベースフレームに装設されたロータ
リテーブルと、該ロータリテーブルにより回転さ
れ、前記昇降フレームに支承されるドリルストリ
ングとを備えた竪孔掘削機におけるビツトの掘削
荷重の検出装置に関する。

リバースサーキユレーシヨンドリル等の竪孔掘
削機により竪孔を掘削する際、極めて重要な事項
は垂直掘削精度、すなわち如何に孔曲りせず掘削
を行うかということである。掘削の進捗に伴つて
掘削土質の変化や硬さが種々変化する上、それら
の地層が形成されている状態が傾斜していたり、
途中に玉石や転石が介在している場合があるので
地表面より同じ状態で掘削機を操作したのでは垂
直精度が著しく劣ることになる。垂直掘削精度を
高くするために掘削ビツトの直上にスタビライザ
と称する案内具を設けることも行われているが、
これだけでは十分な掘削垂直精度をあげることは
できない。一方、竪孔掘削に際して、いわゆる
「振り下げの原理」と称される操作を行うこと
が、垂直精度を高める上で最も効果があるといわ
れている。すなわち、掘削の進捗に応じて継ぎ足
すドリルパイプ、ビツトに荷重をかけるための鉛
入りのドリルカラー、スタビライザ、ビツト等を
総称するドリルストリングを、おもりを吊した糸
と同じ状態に考えると、糸を張つたままおもりの
移動を抑えて垂直方向に降下せしめるためには適
切な荷重分担が必要である。すなわち、ドリルス
トリング全重量のうち適切な荷重をビツトにか
け、残余を懸吊手段で支承することにより、ドリ
ルパイプが糸のように張力によつてピーンとはら
れ、ビツトが重力で地球の中心に向けられ、ドリ
ルストリングが垂直に保たれると共に、ビツトは
回転され、各種の土質の地層に遭遇してもその垂
直位置を保ちつつ竪孔を掘削して行く。

前述のごとく実際の地層は様々な形態をなして
いる。従つて振り下げの原理を利用して掘削を行
う場合、土質及び地層の形態等に応じてビツト荷
重と懸吊部の支承荷重との割合を適切にしなけれ
ばならない。特に30〜35度の激しい傾斜地盤では
これらの調節が難しいことがよく知られている。
このためには、第１に竪孔掘削機のビツト荷重及
びドリルストリングの全荷重を簡単迅速に検出す
ることができ、該検出値で簡単に荷重分配調整を
行えるようにしておくことが必要である。従来よ
り掘削機をクレーンで吊り下げて掘削を行う場合
には、クレーンのフツク部にかかる荷重をロープ
張力で検出して、全体荷重から前記検出荷重を引
き算してビツト荷重を算出しているが、この方法
では引き算を暗算で行わせることやドリルストリ
ング全体荷重を常に覚えていなければならない点
などから間違いをおかしやすい欠点があり、また
臨機応変に対応できない。またベースフレームに
設置された昇降シリンダにより昇降せしめられる
昇降フレームにドリルストリングを懸吊せしめて
掘削を行う場合には、左右の昇降シリンダのヘツ
ド圧力とロツド圧力とを検出して、あらかじめ作
成されている換算グラフを用いてビツト荷重を算
出することが行われている。しかしながらこの方
法は繁雑であることから操作上わずらわしさが常
時つきまとうと共に、この方法も臨機応変に対応
できない欠点がある。

本発明は、上述の問題点を解決するためになさ
れたもので、その目的とするところは、竪孔掘削
機の全荷重及びビツト荷重を簡単迅速に検出する
ことができ、地層の状態に応じて適切なビツト荷
重値に変換して行う掘削を円滑に実施することが
できる竪孔掘削機の掘削荷重検出装置を提供する
にある。

この目的を達成するため、本発明は、掘削孔上
面を取り囲んで地上に設置されたベースフレーム
と、該ベースフレーム上に配設された櫓と、昇降
シリンダにより前記櫓に沿つて昇降される昇降フ
レームと、該昇降フレームまたは前記ベースフレ
ームに装設されたロータリテーブルと、該ロータ
リテーブルにより回転され、前記昇降フレームに
支承されるドリルストリングとを備えた竪孔掘削
機の掘削荷重検出装置であつて、前記櫓またはベ
ースフレームに設けられた昇降シリンダの反力受
部材と、該反力受部材とベースフレームまたは櫓
との間に設置され、荷重を圧力として検出する荷
重検出部と、その検出圧力を荷重として表示する
荷重表示計とを備え、前記反力受部材は、昇降シ
リンダからの荷重を前記荷重検出計に伝えるため
に上下移動を許容しうるように取付けられ、前記
荷重表示計は、ドリルストリングの全重量を表示
するための目盛盤及びその指針と、ビツトの掘削
荷重を表示するための回転目盛盤及びその指針と
を備えたことを特徴としたものである。

以下、本発明の実施例の詳細を図面に従つて説
明する。第１図は、本発明の実施例による掘削荷
重検出装置を備えるリバースサーキユレーシヨン
ドリルの掘削状況を示す概略側面図である。図に
おいて、リバースサーキユレーシヨンドリルのド
リルストリングは、掘削カツタを有するビツト
１、ビツトの真上に位置し、ビツトを直進させる
ための案内具のスタビライザ２、ビツトに荷重を
かけるための鉛の入つた錘であるドリルカラー
３、ドリルカラー３とドリルパイプ５をつなぐク
ロスオーバサブ４、掘削の進捗に応じて単管を継
ぎ足してドリルストリングを長くし、内側を掘削
したズリと水とが通過するドリルパイプ５等より
なる。ベースフレーム６は掘削孔上面を取囲んで
地上に設置された構造体である。ベースフレーム
６には櫓のケリーマスト８が係合されている。ケ
リーマスト８に案内され昇降フレーム９が垂直に
上下しうるようになつている。昇降フレーム９は
両端部で昇降シリンダ１０に接続され、該シリン
ダ１０により昇降せしめられる。昇降フレーム９
はドリルストリングを懸吊保持している。昇降シ
リンダ１０と昇降フレーム９とは球面軸受（図示
しない）で接続されていて、昇降フレーム９にド
リルストリングの荷重による曲げモーメントが作
用しても昇降シリンダ１０に何んら影響を与える
ことなく、単に剪断荷重だけしか作用しないよう
になされている。またベースフレーム６上にはロ
ータリテーブル７が設けられ、ドリルストリング
に回転力を与える。また、ベースフレーム６はド
リルストリング５を継ぎ足す場合に、一旦ドリル
ストリングを保持する機能を有している。このよ
うにドリルストリングは昇降フレーム９に懸吊保
持され、ロータリテーブル７により回転されて竪
孔を掘削する。しかるに、本実施例による掘削荷
重検出装置は、前記リバースサーキユレーシヨン
ドリルに備えられるもので、昇降シリンダ１０の
反力受部材１２と、荷重検出計１１及び荷重表示
計２０等より構成される。次に掘削荷重検出装置
の詳細を説明する。第２図及び第３図において、
反力受部材１２は、ケリーマスト８に固定したブ
ラケツト１４にピン１５を介し取付けられ、かつ
そのピン１５より離れた位置に昇降シリンダ１０
の下端（ピストンロツドの先端）をピン１３を介
して連結させている。また反力受部材１２は、ピ
ン１５を挿通させたピン孔２２を縦長の孔に形成
して、昇降シリンダ１０の反力（荷重）が加わつ
たとき僅かな上下移動を許容して後述する荷重検
出計１１に荷重を伝えられるようになつている。
すなわち、反力受部材１２は水平方向の動きが抑
制されているが上下方向には前記したピン１５が
挿通する長孔２２によつて僅かな上下移動が許容
されるとともに、昇降シリンダ１０の荷重が加わ
つてもピン１５に負荷が加わらないようにされて
いる。前記荷重検出計１１は、前記反力受部材１
２とケリーマスト８からの張り出しフレーム８ａ
との間にて該張り出しフレーム８ａ上に設置され
て、昇降シリンダ１０にかかる昇降フレーム９か
らの剪断力、すなわち垂直荷重を前記反力受部材
１２を介して受けるようになつている。この荷重
検出計１１は、荷重を圧力として検出する機能を
有するもので、第４図に示すごとく前記張り出し
フレーム８ａに固定される下部材１９と、下側に
ダイヤフラム１７ｄで閉鎖された空洞部１６を設
けた上部材１７と、ダイヤフラム１７ｄを固定す
るためのリングプレート１７ｂとから構成されて
いる。そして上部材１７は、そのダイヤフラム１
７ｄ部を介して下部材１９上に載置され、かつ上
部材１７の空洞部１６には非圧縮性流体、例えば
油が充填されている。空洞部１６は穴１７ｆによ
り荷重表示計２０の圧力取入口２１に連通するホ
ース１８に連結されている。荷重により空洞部１
６内の油に圧力が発生するために、また油圧力に
より荷重表示計２０内部のブルドン管（図示しな
い）を延して圧力表示をするために、上部材１７
は下部材１９に対し昇降することが許容され、か
つ水平方向の移動が起らないようにしなければな
らない。図示の実施例において、下部材１９の上
面には、空洞部１６を形成する上部材１７の凹部
に一部入り込む凸部が形成されている。またダイ
ヤフラム１７ｄは上部材１７の凹部と下部材１９
の凸部の間の隙間に折り返えされた状態ではまり
込ませてあり、この部分を他の部分にくらべて薄
くしてある。このようにすることにより、上部材
１７と下部材１９の水平方向の関係位置を保つた
まま空洞部１６の容積を減少して上部材１７の降
下を許容しながら、空洞部１６内の油に荷重によ
る圧力を発生せしめることができる。また、許容
荷重内において、荷重表示計２０への圧油の送出
等によつて空洞部１６内の油容積が減少してダイ
ヤフラム１７ｄが上部材１７の空洞壁に接しダイ
ヤフラム１７ｄを損傷しないようにストツパが設
けられてある。図示の実施例ではリングプレート
１７ｂでストツパを兼ねている。すなわち、リン
グプレート１７ｂを延ばし、リングプレート１７
ｂと下部材１９との間に許容荷重内での上部材１
７の降下距離以上であり、上部材１７と下部材１
９が接触した場合に空洞部１６になお空間を残す
だけの間隙δ（第４図）がもうけられてある。な
お、１７ｅは上部材１７に設けた空洞部１６の空
気抜き孔、１７ａはそのプラグを示す。

荷重表示計２０は、ドリルストリングの重量を
表示するための固定目盛盤２０ａ及びその指針２
０ｂと、ビツトの掘削荷重を表示するための回転
目盛盤２０ｃ及びその指針２０ｄとを備えてい
る。

前記回転目盛盤２０ｃは、固定目盛盤２０ａの
外周に配置され、かつその指針２０ｄは指針２０
ｂと同軸に配置されている。そして、指針２０ｂ
は短針で、かつ指針２０ｄは長針で形成されてい
る。また回転目盛盤２０ｃは、その目盛を固定目
盛盤２０ａの目盛と逆方向に目盛つており、かつ
その目盛間隔を固定目盛盤２０ａの目盛間隔より
大きくしてある。そして、回転目盛盤２０ｃは、
ストツパ２１によりその回転方向の動きを抑止で
きるようになつている。

また、荷重表示計２０にはバルブプレート２３
が設置され、該バルブプレート２３には、前記荷
重検出計１１に連通しているホース１８が接続さ
れる。バルブプレート２３は、ホース１８よりの
圧力を前記目盛盤２０ａ及び２０ｃの指針２０ｂ
及び２０ｃを動かす図示しないブルドン管に分岐
して導いている。従つて、荷重検出計１１の圧力
に応じて指針２０ｂ及び２０ｄが振られ荷重を表
示することになる。

尚、固定目盛盤２０ａ及び回転目盛盤２０ｃの
表示は、荷重検出計１１が片方の昇降シリンダ１
０にしか取付けられていない場合には、両方の昇
降シリンダ１０に荷重検出計１１が取り付けられ
たと同じ表示をするように、すなわち２本の昇降
シリンダ１０にかかつている荷重の合計荷重とし
て表示するようにしておく。

次に、本実施例の装置の作用を説明する。初め
にビツト１を竪孔の底につけない状態で昇降シリ
ンダ１０下端部にかかる荷重を荷重検出計１１で
測定する。この荷重は昇降フレーム９及び昇降シ
リンダ１０等を含めたドリルストリングの全重量
である。すなわち指針２０ｂで示した固定目盛盤
２０ａの値がこのドリルストリングの全重量を示
すことになる。指針２０ｄも前記の指針２０ｂと
同方向に回転するが、この場合にはビツトの掘削
荷重は零であるので回転目盛盤２０ｃの零目盛位
置を指針２０ｄの位置に合わせてストツパ２１に
より固定する。次に、ドリルストリングの全重量
（前記指針２０ｂにより示されている荷重値）を
表示する荷重値より、土質によつてビツトにかけ
るべき設定荷重を定める。次に昇降シリンダ１０
を縮めることにより昇降フレーム９を降下せしめ
ると、竪孔の底にビツト１が当接し、更に徐々に
昇降フレーム９を降下せしめると、ビツト１に負
荷される荷重が次第に増加し、荷重表示計２０の
指針２０ｂ及び２０ｄが共に固定目盛盤２０ａの
零位置に向つて回転する。ここで指針２０ｄの示
す荷重値は前記したごとく回転目盛盤２０ｃの目
盛が固定目盛盤２０ａと逆方向に目盛られ、かつ
ドリルストリングの全重量の荷重値に相当する位
置を零位置としたことからビツトの掘削荷重を表
示することになる。よつて昇降フレーム９を徐々
に落下させてビツト荷重を増加させ、その荷重表
示計２０の指針２０ｄが先に指定したビツトの設
定荷重を示すところで昇降シリンダ１０の昇降を
停止せしめれば適正なる掘削荷重をビツトに与え
ることができる。なお、前記したごとく回転目盛
盤２０ｃの目盛間隔を大きくとつたのは、ドリル
ストリング全体の重量は大きく、従つて指針２０
ｂの回転も大きく荷重値は読み取り易いが、一
方、ビツト荷重は小さく、固定目盛盤２０ａと同
一目盛間隔では指針２０ｃの回転も小さく読み取
りにくいためである。また、バルブプレート２３
に設置したストリツプバルブ２３ａ及び２３ｂは
指針２０ｂ及び２０ｄの動きを止めるためのもの
であり、ビツトを竪孔の底にあずけた時に指針が
動くことを防止するためのものである。

掘削に際しては、前記のビツト荷重を設定荷重
値に一定に保つように昇降シリンダを調節すれば
掘削は適切な一定のビツト荷重で行われ、掘削垂
直精度の高い掘削を行うことができる。そして傾
斜した地層にあたつた場合にも、地層にあわせた
適正なるビツト荷重値に、荷重表示計２０の指針
を保つようにビツトにかける荷重を増減して掘削
を進めることによりビツトの横すべりを押えら
れ、傾斜した地層へのビツトのくい込みを容易に
することで掘削孔の垂直精度を高めることができ
る。

以上の実施例は、櫓がベースフレームと一体的
に装設された竪孔掘削機に適用した例を示した
が、本出願人が特願昭53−154247にて堤案したご
とく、櫓をベースフレームに対して傾斜しうるよ
うに構成した竪孔掘削機にも適用できることは勿
論である。この場合には、前記実施例で説明した
反力受部材１２、荷重検出計１１等は、傾斜する
櫓側に設置されることになる。また、本実施例に
おいては、ドリルストリングの重量を表示する固
定目盛盤及びその指針と、ビツトの掘削荷重を表
示する回転目盛盤及びその指針とを、一つのメー
タケースに組込んだ例を示したが、固定目盛盤及
びその指針と、回転目盛盤及びその指針とを別々
のメタケースに組込んで構成してもよい。この場
合においても、ビツトの掘削荷重を表示する回転
目盛盤は回転自在の構造を有することが要求され
る。

以上の説明によつても明らかなごとく、本発明
の掘削荷重検出装置は次のごとき多くの効果を上
げることができる。すなわち、従来の操作方法に
較げて簡単に全荷重及びビツト荷重を直続で知る
ことができる上、土質によつてビツト荷重に変換
する必要が生じても、対応が早いと共に荷重値を
昇降シリンダのヘツド側、ロツド側の圧力から計
算で求める必要がないため、計算による間違いを
おこす恐れがない。また、ドリルストリングの重
量を表示する目盛盤及びその指針と、ビツトの掘
削荷重を表示する回転目盛盤及びその指針とを有
する荷重表示計を備えているから、それぞれの荷
重値をほぼ同時に、かつ正確に読み取ることがで
きる。また、この荷重検出にあたつては、昇降シ
リンダの下端部が櫓に対して水平方向の運動が抑
制され、すなわち櫓との相対距離が一定に保たれ
て荷重検出計に荷重が伝えられるので、昇降シリ
ンダにかかる負荷のほとんど全部が荷重検出計で
検出され、荷重検出計による表示値は正確であ
り、またこれらの構造は単純であるので故障も少
ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例の掘削荷重検出装置
を備えるリバースサーキユレーシヨンドリルの掘
削状況を示す概略側面図、第２図は、第１図のイ
部の拡大図、第３図は、第２図における−線
矢視断面図、第４図は、荷重検出計の縦断面図、
荷重表示計の正面図及び両者の関係を示す説明
図、第５図は、第４図における−線矢視断面
図である。 １……ビツト、２……スタビライザ、３……ド
リルカラー、４……クロスオーバサブ、５……ド
リルパイプ、６……ベースフレーム、７……ロー
タリテーブル、８……櫓（ケリーマスト）、９…
…昇降フレーム、１０……昇降シリンダ、１１…
…荷重検出計、１２……反力受部材、１３，１５
……ピン、１４……ブラケツト、１６……空洞
部、１７……上部材、１７ａ……プラグ、１７ｂ
……リングプレート（ストツパ）、１７ｄ……ダ
イヤフラム、１７ｅ……空気抜き孔、１７ｆ……
穴、１８……ホース、１９……下部材、２０……
荷重表示計、２０ａ……固定目盛盤、２０ｂ……
指針、２０ｃ……回転目盛盤、２０ｄ……指針、
２２……長孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 掘削孔上面を取り囲んで地上に設置されたベ
   ースフレームと、該ベースフレーム上に装設され
   た櫓と、昇降シリンダにより前記櫓に沿つて昇降
   される昇降フレームと、該昇降フレームまたは前
   記ベースフレームに装設されたロータリテーブル
   と、該ロータリテーブルにより回転され、前記昇
   降フレームに支承されるドリルストリングとを備
   えた竪孔掘削機の掘削荷重検出装置であつて、前
   記櫓またはベースフレームに設けられた昇降シリ
   ンダの反力受部材と、該反力受部材とベースフレ
   ームまたは櫓との間に設置され、荷重を圧力とし
   て検出する荷重検出計と、その検出圧力を荷重と
   して表示する荷重表示計とを備え、前記反力受部
   材は、昇降シリンダからの荷重を前記荷重検出計
   に伝えるために上下移動を許容しうるように取付
   けられ、前記荷重表示計は、ドリルストリングの
   全重量を表示するための固定目盛盤及びその指針
   と、ビツトの掘削荷重を表示するための回転目盛
   盤及びその指針とを備えたことを特徴とする竪孔
   掘削機の掘削荷重検出装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記荷重検
   出計は、上部材及び下部材に分割され、かつ両部
   材の間にダイヤフラムで閉塞され非圧縮性流体が
   満された空洞部を有し、荷重が加わると前記空洞
   部が容積変化してその非圧縮性流体に圧力を生じ
   せしめると共に、該圧力を荷重表示計へ伝えられ
   るように構成され、前記上部材または下部材のど
   ちらか一方には、前記空洞部の容積減少時にダイ
   ヤフラムが空洞部内壁に接することを阻止するス
   トツパが設けられたことを特徴とする竪孔掘削機
   の掘削荷重検出装置。 ３ 特許請求の範囲第１項において、荷重表示計
   は、その回転目盛盤を固定目盛盤の外周に配置
   し、かつ両目盛盤の指針を同軸上に設置して構成
   され、前記回転目盛盤の零目盛位置を固定目盛盤
   の指針が示す位置に設定でき、かつ回転目盛盤の
   目盛を固定目盛盤と逆方向に目盛つたことを特徴
   とする竪孔掘削機の掘削荷重検出装置。 ４ 特許請求の範囲第３項において、前記荷重表
   示計における回転目盛盤は、その目盛間隔を固定
   目盛盤の目盛間隔より大きくしたことを特徴とす
   る竪孔掘削機の掘削荷重検出装置。